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目前金屬復合無縫管冷成型法大致有以下兩種:內擴漲型和外減徑型。內擴漲型,即:采用兩種材質的無縫管相互穿套(如外管采用一般普碳鋼無縫鋼管,內穿一薄壁不銹鋼管作為內層金屬管),在內管中施以高壓,使內層無縫管發生塑性變形外層無縫管僅產生彈性變形,從而使內管與外管緊密結合,形成雙金屬復合無縫管。外減徑型,即:仍采用兩種材質的無縫管相互穿套,對外層管進行減徑拉拔或軋制,使內管與外管緊密結合,形成雙金屬復合無縫管。以上兩種工藝生產的金屬復合無縫管的不足之處在于:生產成本高昂,內外管均必須采用現成的熱軋或冷拔無縫管,加上其后的內漲或減徑工序使其制造成本大幅度上升;以上兩種類型的無縫管并非完全意義上的金屬復合,兩層金屬相互間并無冶金熔合,在受軸向力的情況下內外兩層金屬難以傳遞和均衡外力,在需要熱傳遞的應用領域,由于內外兩層金屬間存在間隙,熱阻必將大幅度增加。
熱成型制造工藝包括熱軋和熱擠壓兩種方法,前者主要適用于有縫復合管的生產,后者適用于無縫復合管的生產。軋制是一種傳統的制備復合金屬的方法。熱軋復合實質上屬于壓力焊,如果變形量足夠大,軋輥施加的壓力就會破壞金屬表面的氧化膜,使表面達到原子接觸,從而使兩表面焊在一起。軋制的優缺點分別為:優點:生產率高、質量好、成本低,并可大量節省金屬材料的損耗,因此是目前應用極為廣泛的復合材料生產技術。軋制結合的復合板占復合板總產量的90%,而且經常應用于壁厚小于32mm的管材的加工。缺點:一次性投資大,而且很多材料組合不能通過軋制復合實現。目前應用廣泛的還是利用軋制工藝進行碳鋼、不銹鋼有縫復合管的制造。
熱擠壓一般是針對雙金屬管坯進行的,稱為復合擠壓(coextrude)。復合擠壓目前是生產不銹鋼和高鎳合金無縫復合管的好方法,日本制鋼所利用這種方法生產8in(203.2mm)以下的雙金屬復合管。它是將兩種以上的金屬組成的一大直徑復合坯料加熱到1200℃左右,然后擠過由模具和芯軸形成的環狀空間。當擠壓坯料截面縮減到10:1時,高的擠壓壓力和溫度會在界面處產生“壓力焊”的焊接效應,促進界面間的快速擴散和廣泛結合,實現界面的冶金結合。擠壓前的復合管坯制造方法有三種:由鍛造坯料通過熱穿孔和放大擠壓獲得;直接離心旋鑄;用耐蝕粉末顆粒。也有內外兩種金屬原材料均采用粉末的,稱為“nuval”工藝,可以開發新型合金,但粉末制備成本太高。
優點:界面為冶金結合;擠壓過程中涉及的力完全是壓應力,因此特別適合于熱加工性不好、塑性低的高合金金屬的加工。缺點:由于結合決定于擠壓過程中極短時間內的元素界面擴散,通常會因氧化物膜的存在而受到影響,因此目前復合擠壓僅限于碳鋼、不銹鋼和高鎳合金間的復合。需要指出的是,熱擠壓的變形抗力小,允許每次變形程度大,導致表面粗糙度較高,因此也有先熱擠壓再進行冷軋(或冷拔)制造復合管的方法。
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